ES2324800T3 - Dispositivo de depuracion de gases de escape. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de depuración de gases de escape, con al menos dos piezas de inserción depuradoras de gases de escape dispuestas una detrás de otra en una carcasa exterior (16) común, que en la carcasa exterior (16) debido a una fuerza de sujeción requerida de magnitud diferente están apretadas en la circunferencia con diferentes fuerzas de sujeción, caracterizado porque la carcasa exterior (16) se extiende en la dirección de flujo (5) sin división por ambas piezas de inserción y al menos en la zona de las piezas de inserción tiene dimensiones interiores esencialmente idénticas y porque entre cada pieza de inserción y la carcasa exterior (16) está previsto un elemento de compensación elástico, estando realizados los elementos de compensación de manera tan diferente que ejercen diferentes fuerzas de sujeción sobre las piezas de inserción.
Description
Dispositivo de depuración de gases de
escape.
La invención se refiere a un dispositivo de
depuración de gases de escape, con al menos dos piezas de inserción
depuradoras de gases de escape dispuestas una detrás de otra en
una carcasa exterior común que en la carcasa exterior debido a una
fuerza de sujeción requerida de magnitud diferente están apretadas
en la circunferencia con diferentes fuerzas de sujeción.
En sistemas de gases de escape para vehículos se
emplean dispositivos de depuración de gases de escape cada vez
mejores. Estos comprenden habitualmente piezas de inserción en
forma de sustratos de material cerámico, que actúan como filtros
mecánicos, por ejemplo en filtros de partículas, o que están
recubiertos con un material catalítico para depurar el gas de
escape de manera catalítica. Las piezas de inserción deben estar
alojadas de modo que ocupen el menor espacio posible, en parte
deben estar situadas también muy cerca una de otra con respecto al
flujo, entre otras cosas para tener menores pérdidas de calor entre
el catalizador y el filtro. Por este motivo las piezas de inserción
se alojan en carcasas exteriores comunes, véase por ejemplo el
documento DE 102 54 036 A1. Los sustratos de filtros de partículas,
especialmente de SiC, son muy pesados en comparación con los
sustratos de catalizador, especialmente sustratos de catalizador de
oxidación diésel, aunque también muy robustos. En cambio los
sustratos de catalizador de oxidación diésel son extremadamente
frágiles y muy ligeros. Tienen una resistencia a la rotura y al
cizallamiento reducida. A diferencia de los filtros de partículas
pesados y robustos, sobre los catalizadores sólo puede ejercerse
una fuerza de apriete radial muy reducida, si no se deforman y
destruyen. Sin embargo, debido a su peso reducido también es
suficiente la fuerza de apriete reducida. Para realizar las
diferentes fuerzas de sujeción necesarias y posibles como máximo de
diferentes piezas de inserción, las carcasas se realizan hasta el
momento con múltiples divisiones en la dirección de flujo. Cada
pieza de inserción se incorpora en una parte de carcasa separada con
la fuerza de sujeción necesaria, y a continuación se sueldan las
partes de carcasa entre sí, dado el caso utilizando un anillo
cilíndrico situado entre las partes de carcasa, en cuyos lados
frontales opuestos se fijan mediante soldadura las partes de
carcasa. De forma alternativa se insertan también piezas de
inserción en un tubo continuo y éste se calibra a diferentes
diámetros.
diámetros.
El objetivo de la invención es crear un
dispositivo de depuración de gases de escape que pueda fabricarse
de manera sencilla y económica que contenga varias piezas de
inserción depuradoras de gases de escape con una fuerza de sujeción
requerida de magnitud diferente.
Esto se soluciona en un dispositivo de
depuración de gases de escape del tipo mencionado al inicio porque
la carcasa exterior se extiende en la dirección de flujo sin
división por ambas piezas de inserción y al menos en la zona de las
piezas de inserción tiene dimensiones interiores, es decir,
dimensiones de sección transversal esencialmente idénticas. Entre
las piezas de inserción pueden estar previstas también huellas de
presión para sensores. Además está previsto un elemento de
compensación elástico entre cada pieza de inserción y la carcasa
exterior. Los elementos de compensación están realizados de manera
tan diferente que ejercen o transmiten diferentes fuerzas de
sujeción sobre las piezas de inserción.
La invención se aleja de las carcasas exteriores
anteriores que preveían varias secciones de carcasa fabricadas por
piezas separadas y soldadas a continuación entre sí, dispuestas una
detrás de otra en la dirección de flujo. Por el contrario la
carcasa permanece sin división en la dirección de flujo, es decir,
está compuesta por una o varias pieza(s) continua(s)
desde el principio. Aunque la carcasa tenga dimensiones interiores
esencialmente idénticas en las zonas de las piezas de inserción, se
ejercen diferentes fuerzas de sujeción y apriete sobre las piezas
de inserción, interconectando diferentes elementos de compensación
adaptados a las mismas. Estos elementos de compensación son
habitualmente denominadas esteras de soporte. Las esteras de soporte
utilizadas tienen diferentes pesos por unidad de superficie o,
dicho de otro modo, diferentes elasticidades, de modo que con el
mismo ancho de intersticio entre el lado interior de la carcasa
exterior y el lado exterior de las piezas de inserción se
transmiten diferentes fuerzas de apriete sobre las piezas de
inserción. De manera alternativa pueden utilizarse elementos de
compensación de diferente tipo que igualmente ejercen una presión
diferente o presentan una elasticidad/compresibilidad diferente. La
carcasa exterior con diámetro exterior reducido en algunas formas
de realización en la fabricación permanece por tanto cilíndrica y
no tiende a estrecharse de manera cónica hacia el elemento elástico
más débil.
Como ya se mencionó la pieza de inserción es
preferiblemente un sustrato, por ejemplo de SiC (típico de filtros
de partículas diésel), cordierita (típico de catalizadores de
oxidación diésel) u óxido de titanio, óxido de vanadio, óxido de
volframio (típico de catalizadores SCR para la reducción catalítica
selectiva de óxidos de nitrógeno).
La carcasa exterior y los sustratos son
cilíndricos según la realización preferida, especialmente
cilíndricos circulares.
Los sustratos, esto ya se mencionó, tienen
preferiblemente diferentes pesos de sustrato y/o resistencias a la
rotura.
Para una fabricación más sencilla y económica
está previsto que también las piezas de inserción tengan
dimensiones y geometrías de sección transversal exterior
esencialmente idénticas, como es el caso para el lado interior de
la carcasa en la zona de las piezas de inserción.
Además, preferiblemente tampoco están previstas
paredes intermedias o de apoyo entre las piezas de inserción que
pueden absorber parcialmente la presión sobre la pieza de inserción
más débil.
El dispositivo de depuración de gases de escape
según la invención está equipado según la realización preferida con
una carcasa de arrollamiento como carcasa exterior. Precisamente en
esta fabricación de la carcasa exterior es difícil con piezas de
inserción de estabilidad diferente, apretarlas suficientemente por
un lado y por otro lado conseguir una geometría exterior
cilíndrica. De manera alternativa el dispositivo de depuración de
gases de escape según la invención puede estar realizado con una
carcasa en forma de casco o una carcasa calibrada a dimensiones
exteriores menores (por ejemplo mediante recalcado o rodadura entre
discos planos), o con un tubo prefabricado como carcasa exterior,
en el que se insertan por presión las unidades a partir de pieza de
inserción y elementos de compensación elásticos asociados.
Según la forma de realización preferida el
elemento de compensación cubre en la dirección radial todo el
intersticio entre el lado interior de la carcasa exterior y el lado
exterior de la pieza de inserción, es decir, no están previstas
piezas intermedias o similares.
Características y ventajas adicionales de la
invención se obtienen a partir de la siguiente descripción y a
partir de los siguiente dibujos a los que se hace referencia. En
los dibujos muestran:
- la figura 1, una vista de corte longitudinal a
través de un dispositivo de depuración de gases de escape de
vehículo según la invención,
- la figura 2, una vista de sección transversal
esquemática a través del dispositivo de depuración de gases de
escape según la figura 1, siendo la carcasa exterior una carcasa de
arrollamiento,
- la figura 3, una vista de sección transversal
a través del dispositivo de depuración de gases de escape según la
invención con dos semicascos como carcasa exterior,
- la figura 4, un dispositivo de depuración de
gases de escape según la invención, en el que las piezas de
inserción se introducen por presión, y
- la figura 5, una vista parcial de un
dispositivo para calibrar la carcasa exterior de un dispositivo de
depuración de gases de escape según la invención.
En la figura 1 se representa un dispositivo de
depuración de gases de escape alojado en un automóvil, cuya pieza
central son dos piezas de inserción (sustratos cerámicos)
alargadas, cilíndricas (preferiblemente cilíndricas circulares),
dispuestas una detrás de otra en forma de un catalizador 8 (en este
caso de un catalizador de oxidación diésel) y de un filtro de
partículas 10 (en este caso en forma de un filtro de partículas
diésel) dispuesto aguas abajo. El catalizador 8 y el filtro de
partículas 10 están compuestos por cordierita o SiC y tienen pesos
y resistencias a la rotura muy diferentes. El catalizador 8 es muy
ligero y tiene una resistencia a la rotura muy reducida en
comparación con el filtro de partículas 10 estable y pesado.
El catalizador 8 y el filtro de partículas 10
tienen en el marco de sus tolerancias de fabricación los mismos
diámetros exteriores y geometrías de sección transversal exterior y
están rodeados por elementos de compensación elásticos, asociados y
propios en forma de esteras de soporte 12 ó 14 de manera cerrada
por la circunferencia. Las esteras de soporte 12, 14 están en
contacto por fuera con el catalizador 8 o el filtro de partículas
10 y ocupan en la dirección radial todo el espacio hasta el lado
interior de una carcasa exterior 16 común, con la que están en
contacto. La carcasa exterior 16 no está dividida en la dirección
de flujo S, es decir, se extiende empezando desde el catalizador 8
hasta más allá del filtro de partículas 10 y a este respecto no
está dividida en esta dirección, como ya se explicó anteriormente.
La carcasa exterior 16 tiene en la zona de las dos piezas de
inserción en el marco de sus tolerancias de fabricación las mismas
dimensiones y geometrías de sección transversal interior, en el
este caso, los mismos diámetros interiores. En el ejemplo de
realización la carcasa exterior 16 está realizada incluso por toda
su longitud con el mismo diámetro interior.
Debido a los diferentes pesos de las piezas de
inserción y sus diferentes resistencias a la rotura se aprietan con
diferentes fuerzas de sujeción radiales en la carcasa exterior 16.
Esto se consigue mediante diferentes esteras de soporte 12, 14. La
estera de soporte 12 tiene concretamente un menor peso por unidad
de superficie y/o una mayor elasticidad que la estera de soporte
14, por lo que la fuerza que actúa radialmente hacia dentro
aplicada por la carcasa exterior 16 sólo se ejerce en una menor
parte sobre el catalizador 8 debido a la compresibilidad más fácil
de la estera de soporte 12.
Hay diferentes formas de realización de cómo se
realiza la carcasa exterior 16 y cómo se aprietan los sustratos en
la carcasa exterior 16.
La forma de realización preferida es el
arrollamiento según la figura 2. En la misma se arrolla una única
banda de chapa alrededor de los dos paquetes formados por
catalizador 8 y estera de soporte 12 por un lado y el filtro de
partículas 10 y la estera de soporte 14 por otro lado y a
continuación se cierra mediante soldadura en el lado del borde. La
presión aplicada mediante la carcasa exterior se distribuye de
manera muy uniforme sobre la circunferencia, y la carcasa exterior
16 tiene, con excepción de la sección que solapa, una forma
cilíndrica circular. Evidentemente debe destacarse a este respecto
que la invención no está limitada a geometrías exteriores
cilíndricas circulares de las piezas de inserción, sino que
evidentemente también podría estar prevista cualquier otra
geometría exterior. La forma cilíndrica se simboliza mediante el
radio D.
En la forma de realización según la figura 3 la
carcasa exterior 16 está compuesta por dos semicascos 18, 20 que se
solapan parcialmente entre sí, que se juntan y sueldan entre sí.
Ambos semicascos se extienden sin división en la dirección de flujo
S, tal como se representa en la figura 1, por ambas piezas de
inserción, de modo que también en este caso se habla de una carcasa
no dividida en la dirección de flujo S. La división se realiza en
este caso más bien en la dirección circunferencial.
En la forma de realización según la figura 4 la
carcasa exterior 16 es un tubo cerrado, en el que por ejemplo se
introducen por presión desde los lados frontales opuestos el
catalizador 8 junto con la estera de soporte 12 por un lado y el
filtro de partículas 10 con la estera de soporte 14 asociada por
otro lado. También en este caso, como en las formas de realización
anteriores, se ejercen diferentes fuerzas de sujeción sobre las
diferentes piezas de inserción.
En la forma de realización según la figura 5 se
calibra la carcasa exterior 16 tubular mediante recalcado o
rodadura entre discos planos, desplazando por ejemplo en el
recalcado tacos de presión 22 hacia dentro para deformar la carcasa
exterior 16 por toda la longitud axial de manera uniforme,
comprimir las esteras de soporte 12, 14 y ejercer la fuerza de
apriete sobre las piezas de inserción. También en este caso, como
en las demás formas de realización, los diámetros exteriores y las
geometrías de sección transversal exterior de las piezas de
inserción así como las dimensiones interiores y las geometrías de
sección transversal interior de la carcasa exterior 16 (en la zona
de las piezas de inserción) son idénticos.
- 8:
- catalizador
- 10:
- filtro de partículas
- 12:
- estera de soporte
- 14:
- estera de soporte
- 16:
- carcasa exterior
- 18:
- semicasco
- 20:
- semicasco
- 22:
- taco de presión
Claims (14)
1. Dispositivo de depuración de gases de
escape, con al menos dos piezas de inserción depuradoras de gases
de escape dispuestas una detrás de otra en una carcasa exterior
(16) común,
que en la carcasa exterior (16) debido a una
fuerza de sujeción requerida de magnitud diferente están apretadas
en la circunferencia con diferentes fuerzas de sujeción,
caracterizado porque
la carcasa exterior (16) se extiende en la
dirección de flujo (5) sin división por ambas piezas de inserción y
al menos en la zona de las piezas de inserción tiene dimensiones
interiores esencialmente idénticas y
porque entre cada pieza de inserción y la
carcasa exterior (16) está previsto un elemento de compensación
elástico,
estando realizados los elementos de compensación
de manera tan diferente que ejercen diferentes fuerzas de sujeción
sobre las piezas de inserción.
2. Dispositivo de depuración de gases de escape
según la reivindicación 1, caracterizado porque las piezas
de inserción son sustratos.
3. Dispositivo de depuración de gases de escape
según la reivindicación 2, caracterizado porque los
sustratos tienen diferentes pesos de sustrato y/o resistencias a la
rotura.
4. Dispositivo de depuración de gases de escape
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque una pieza de inserción es un filtro de partículas (10),
especialmente un filtro de partículas diésel.
5. Dispositivo de depuración de gases de escape
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque una pieza de inserción es un catalizador (8), especialmente
un DOC.
6. Dispositivo de depuración de gases de escape
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la carcasa exterior (16) y las piezas de inserción son
cilíndricas, especialmente cilíndricas circulares.
7. Dispositivo de depuración de gases de escape
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque los elementos de compensación elásticos son esteras de
soporte (12, 14) de diferente compresibilidad.
8. Dispositivo de depuración de gases de escape
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque los elementos de compensación elásticos son esteras de
soporte (12, 14) con diferentes pesos por unidad de superficie.
9. Dispositivo de depuración de gases de escape
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque las piezas de inserción tienen geometrías de sección
transversal y dimensiones de sección transversal esencialmente
idénticas.
10. Dispositivo de depuración de gases de escape
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la carcasa exterior (16) está realizada sin una pared
intermedia radial entre las piezas de inserción.
11. Dispositivo de depuración de gases de escape
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la carcasa exterior (16) es una carcasa de
arrollamiento.
12. Dispositivo de depuración de gases de escape
según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado
porque la carcasa exterior (16) está calibrada a dimensiones
exteriores menores o realizada como carcasa en forma de casco.
13. Dispositivo de depuración de gases de escape
según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado
porque las piezas de inserción están introducidas con sus elementos
de compensación mediante inserción por presión en la carcasa
exterior (16) y están apretadas en la misma.
14. Dispositivo de depuración de gases de escape
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque los elementos de compensación elásticos están en contacto
con la pieza de inserción por dentro y con la carcasa exterior
(16) por fuera.
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